CN216847402U - 一种用于研究向源侵蚀的可视化试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，包括半圆柱形曲面钢板和设有的有机玻璃观察窗及有机玻璃盖板，正前方设有CCD相机，钢板内设有环形带孔隔板，两者之间形成储水槽，该隔板内侧设有土工膜，环形带孔隔板内为盛试样槽，有机玻璃盖板上设有均配置有启封塞的排气口和漏孔，漏孔的与有机玻璃观察窗为贴壁关系，钢板上设有进水口和孔压传感器接口。试验时，水从进水口流入到储水槽中，再通过土工膜进入试样，侵蚀试样后从漏孔处流出。实现对由于渗漏导致的向源侵蚀过程的记录，对侵蚀空洞的生长过程进行全寿命周期评价，较好的解决因实际工程发生的渗流侵蚀情况不可视的难题，探究地下工程由于渗漏而引起的向源侵蚀规律。

Description

一种用于研究向源侵蚀的可视化试验装置

技术领域

本实用新型属于地下工程技术领域，涉及一种用于研究向源侵蚀的可视化试验装置。

背景技术

在地下工程中，处于承压含水层中的地下结构物，出现渗漏点后，以渗漏点为中心，形成类似于喇叭口(汇聚)式流线，发生向源侵蚀导致地下结构出现破坏，进而引发严重的工程事故。由于地下工程存在着空间狭小、隐蔽性强等问题，在实际工程中，很难去观测渗漏所导致的向源侵蚀发展规律。

基于以上考虑，在将实际工程设为对称的基础上，建立二分之一模型，设计一种用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，本专利提出的向源侵蚀可视化装置可以观察侵蚀深度，较好的解决因实际工程发生的渗流侵蚀情况不可视的难题，探究地下工程由于渗漏而引起的向源侵蚀规律。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型提供一种用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，可以按照试验要求全寿命周期的记录向源侵蚀空洞的生长过程，探究在不同水压条件下所做试验结果的改变情况。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的一种用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，包括由钢板围成的箱体，所述箱体包括半圆柱形曲面钢板和底部的底板，所述半圆柱形曲面钢板的前端设有有机玻璃观察窗，所述半圆柱形曲面钢板内设有环形带孔隔板，所述半圆柱形曲面钢板与所述环形带孔隔板之间形成储水槽，所述环形带孔隔板的内部空间为盛试样槽，所述环形带孔隔板的内侧面设有土工膜，所述半圆柱形曲面钢板和有机玻璃观察窗的顶部设有有机玻璃盖板，所述有机玻璃盖板上设有排气口和漏孔，所述漏孔的位置与所述的有机玻璃观察窗为贴壁关系，所述漏孔的孔径为0.06mm，所述排气口和漏孔处均配置有启封塞；所述半圆柱形曲面钢板的同一侧壁上设有进水口和孔压传感器接口，所述进水口连接至一恒压给水箱，在位于所述有机玻璃观察窗的正前方设有CCD相机。

进一步讲，本实用新型所述的用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，其中：

所述的环形带孔隔板与所述半圆柱形曲面钢板的曲率相同、且按照等距布置。

所述漏孔为半圆形、且位于所述有机玻璃观察窗的中间位置。

半圆形的漏孔的平面与有机玻璃观察窗的内表面在同一平面。

所述有机玻璃观察窗与所述半圆柱形曲面钢板的高度一致，在有机玻璃盖板与机玻璃观察窗与所述半圆柱形曲面钢板之间设有密封圈。

所述孔压传感器接口用于安装孔压传感器，以实时监测储水槽中的流体压力值。

所述的盛试样槽中填入饱和砂，以获得与盛试样槽底部尺寸对应的饱和砂层。

所述的土工膜的孔径为0.075mm。

所述排气口位于所述有机玻璃盖板上远离所述进水口的一侧。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)由于本试验装置的观察窗和盖板均采用无色透明有机玻璃板，并利用CCD相机全寿命周期的记录向源侵蚀空洞的生长过程，故能够很好地探究向源侵蚀规律。

(2)本试验装置的箱体采用半圆柱箱型结构，流体从侧向流入，很好的采用对称的方式模拟了地下结构来自四周的水压力来源，使得流体等压地流入到盛试样槽中。

(3)本试验装置结构稳定，密封性较好，可靠性高，能够有效地消除因密封不良而造成的压力消散，故试验中设置的水力梯度能够比较接近实际值。

(4)本试验装置采用恒压供水箱供水，通过改变供水箱高度，可以满足试验不同压力的需求，并提供稳定的水压满足试验需求。

(5)本试验装置采用的土工膜在进行饱和砂的渗流试验时在允许水流通过的同时，还能阻止砂的外漏。

附图说明

图1为本实用新型的可视化试验装置的立体结构示意图；

图2为图1所示可视化试验装置的俯视图；

图3为图1所示可视化试验装置的侧视图；

图中：

1-半圆柱形曲面钢板 2-有机玻璃观察窗 3-环形带孔隔板 4-储水槽

5-土工膜 6-盛试样槽 7-有机玻璃盖板 8-密封圈

9-漏孔 10-漏孔处启封塞 11-进水口 12-孔压传感器接口

13-排气口 14-排气口处启封塞 15-恒压给水箱 16-CCD相机

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但下述实施例绝非对本实用新型有任何限制。本实施例为饱和砂的渗流侵蚀试验。

如图1、图2和图3所示，本实用新型提出的一种用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，包括由钢板围成的半圆柱型的箱体，所述箱体包括半圆柱形曲面钢板1和底部的底板，所述半圆柱形曲面钢板1的前端设有有机玻璃观察窗2，所述有机玻璃观察窗2与半圆柱形曲面钢板1的高度一致，所述半圆柱形曲面钢板1内设有环形带孔隔板3，所述的环形带孔隔板3与所述半圆柱形曲面钢板1的曲率相同、且按照等距布置，所述半圆柱形曲面钢板1与所述环形带孔隔板3之间形成储水槽4，所述环形带孔隔板3的内部空间为盛试样槽6，试验时，所述的盛试样槽6中填入饱和砂，以获得与盛试样槽6底部尺寸对应的饱和砂层。所述环形带孔隔板3的内侧面粘接有土工膜5，所述的土工膜5的孔径为0.075mm。在所述有机玻璃观察窗2与半圆柱形曲面钢板1平齐的顶部设有有机玻璃盖板7，所述有机玻璃盖板7与所述半圆柱形曲面钢板1和有机玻璃观察窗2之间设有密封圈8。所述有机玻璃盖板7上的右侧设有排气口13，所述有机玻璃盖板7上的前面的中间位置处设有漏孔9，如图2所示，该漏孔9的位置与所述的有机玻璃观察窗2为贴壁关系，即半圆形的漏孔的平面与有机玻璃观察窗2的内表面在同一平面。所述漏孔9为半圆形、且位于所述有机玻璃观察窗2的中间位置所述漏孔9的孔径为0.06mm，所述漏孔9配置有漏孔处启封塞10，该启封塞插在漏孔9上，可随时实现密封和开启效果，排气口13配置有排气口处启封塞14。所述半圆柱形曲面钢板1的左侧壁上设有进水口11和孔压传感器接口12，本实用新型中，所述进水口11与排气口13两者分别位于箱体的两侧，所述孔压传感器接口12用于安装孔压传感器，以实时监测储水槽4中的流体压力值。所述进水口11通过水管与恒压给水箱15连接，恒压给水箱15与补给水源相连。在位于所述有机玻璃观察窗2的正前方设有CCD相机16，如图1和图2所示。

本实用新型中，所述的半圆柱形曲面钢板1与有机玻璃观察窗2之间、所述有机玻璃盖板7与半圆柱形曲面钢板1之间均通过螺栓固定。

通过有机玻璃观察窗3和CCD相机16可以实现对由于渗漏导致的向源侵蚀过程的记录，对向源侵蚀空洞的生长过程进行全寿命周期评价；向试验装置的盛试样槽6中填入饱和砂，可以得到与盛试样槽6的底面尺寸对应的饱和砂层；试验装置组装后若其中还有空气，可通过排气口13排出；试验时，水从进水口11流入到试样装置周边的储水槽4中，再通过直径为0.075毫米的土工膜5进入盛试样槽6中的试样，侵蚀试样后从漏孔9的漏点处流出，通过调节恒压供水箱15的高度可以改变供压大小，与所述孔压传感器接口12相连的孔压传感器实时监测试验装置的储水槽4中的流体压力值。

实际操作时，先进行砂样的制作工作。将箱体清洗干净并烘干后，向土工膜5与有机玻璃观察窗2之间构成的盛试样槽6内填入砂样直到填满，打开进水口11，向储水槽4注水，水通过土工膜5进入试样，直到试样全部侵湿，此时砂样已接近饱和，同时砂样上表面会发生沉降，在沉降处再进行填砂直至砂样全部饱和且砂样上表面平整后停止填砂；将储水槽4注满水后停止注水，将密封圈8放在半圆柱形曲面钢板1和有机玻璃观察窗2的上表面，将有机玻璃盖板7盖上并用螺栓固定，制样工作全部完成。

用启封塞分别将漏孔9和排气口13封闭，将试验装置整体放入水中，将孔压计与孔压传感器接口12相连保证没有气泡，得到准确的水压力数值。开始记录孔压。打开进水口11进行注水，把排气口处启封箱14拔下，使得试样和储水槽4内均无气泡.之后将排气口处启封塞14插上。观察孔压计读数，到达试验设计要求后，打开CCD相机16记录侵蚀过程，将漏孔处启封塞10拔下。侵蚀试样后从拔下启封塞的漏孔处流出。

试验完成后，关闭CCD相机16保存记录的数据，并保存孔压计记录数据，之后将排气口处启封塞14拔下，打开进水口11通过外接水管将水排出，将有机玻璃盖板7取下，回收砂样后清洗装置各部分，以便下次使用。

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (9)

1.一种用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，包括由钢板围成的箱体，其特征在于，所述箱体包括半圆柱形曲面钢板(1)和底部的底板，所述半圆柱形曲面钢板(1)的前端设有有机玻璃观察窗(2)，所述半圆柱形曲面钢板(1)内设有环形带孔隔板(3)，所述半圆柱形曲面钢板(1)与所述环形带孔隔板(3)之间形成储水槽(4)，所述环形带孔隔板(3)的内部空间为盛试样槽(6)，所述环形带孔隔板(3)的内侧面设有土工膜(5)，所述半圆柱形曲面钢板(1)和有机玻璃观察窗(2)的顶部设有有机玻璃盖板(7)，所述有机玻璃盖板(7)上设有排气口(13)和漏孔(9)，所述漏孔(9)的位置与所述的有机玻璃观察窗(2)为贴壁关系，所述漏孔(9)的孔径为0.06mm，所述排气口(13)和漏孔(9)处均配置有启封塞；所述半圆柱形曲面钢板(1)的同一侧壁上设有进水口(11)和孔压传感器接口(12)，所述进水口(11)连接至一恒压给水箱(15)，在位于所述有机玻璃观察窗(2)的正前方设有CCD相机(16)。

2.根据权利要求1所述的用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，其特征在于，所述的环形带孔隔板(3)与所述半圆柱形曲面钢板(1)的曲率相同、且按照等距布置。

3.根据权利要求1所述的用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，其特征在于，所述漏孔(9)为半圆形、且位于所述有机玻璃观察窗(2)的中间位置。

4.根据权利要求3所述的用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，其特征在于，半圆形的漏孔的平面与有机玻璃观察窗(2)的内表面在同一平面。

5.根据权利要求1所述的用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，其特征在于，所述有机玻璃观察窗(2)与所述半圆柱形曲面钢板(1)的高度一致，在有机玻璃盖板(7)与机玻璃观察窗(2)与所述半圆柱形曲面钢板(1)之间设有密封圈(8)。

6.根据权利要求1所述的用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，其特征在于，所述孔压传感器接口(12)用于安装孔压传感器，以实时监测储水槽(4)中的流体压力值。

7.根据权利要求1所述的用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，其特征在于，所述的盛试样槽(6)中填入饱和砂，以获得与盛试样槽(6)底部尺寸对应的饱和砂层。

8.根据权利要求1所述的用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，其特征在于，所述的土工膜(5)的孔径为0.075mm。

9.根据权利要求1所述的用于研究向源侵蚀的可视化试验装置，其特征在于，所述排气口(13)位于所述有机玻璃盖板(7)上远离所述进水口(11)的一侧。

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